C++函数模板详解（结合代码）

目录

1. 模板概念

2. 函数模板语法

3. 函数模板注意事项

4. 函数模板案例

5. 普通函数与函数模板的区别

6. 普通函数与函数模板的调用规则

7. 模板的局限性

1. 模板概念

在C++中，模板是一种通用的程序设计工具，它允许我们处理多种数据类型而不是固定的一种。函数模板就是其中之一，它使得我们可以编写一个函数来处理不同类型的数据。

模板的特点：

  • 模板不可以直接使用，它只是一个框架，必须确定出T的类型（第3章有讲）

  • 模板的通用并不是万能的

2. 函数模板语法

C++提供两种模板机制:函数模板和类模板 。为避免文章冗长，本文先介绍函数模板，下一篇文章介绍类模板。

函数模板作用：
建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

使用语法：

template<typename T> 或者 template<class T>

template<typename T>表示声明一个模板，typename T是模板参数，
typename —— 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替。
个人习惯用template<typename T>代表函数模板，template<class T>代表类模板。
T —— 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母T。

示例：

//交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {int temp = a;a = b;b = temp;
}//交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {double temp = a;a = b;b = temp;
}//利用模板提供通用的交换函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;//swapInt(a, b);//利用模板实现交换//1、自动类型推导mySwap(a, b);//2、显示指定类型mySwap<int>(a, b);cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

  • 函数模板利用关键字 template

  • 使用函数模板有两种方式：1、自动类型推导    2、显示指定类型

  • 模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

3. 函数模板注意事项

  • 自动类型推导的限制：当使用自动类型推导时，编译器需要根据函数参数类型推导出一致的数据类型 T 才能成功实例化模板函数。如果无法推导出一致的类型，将导致编译错误。 
    // 示例代码
template<typename T>
void myFunction(T arg1, T arg2) {// 函数体
}int main() {myFunction(10, 20);  // 正确：推导出一致的 int 类型myFunction(10, 20.5);  // 错误：无法推导出一致的类型return 0;
}
  • 模板参数的确定：在模板函数调用时，必须要确定模板参数的数据类型，否则编译器无法生成对应的函数实例。 
    // 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template<class T>
void func()
{cout << "func 调用" << endl;
}void test01()
{//func(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}

fun<int>()代表对模板函数 fun 进行实例化，并指定模板参数 T 的具体类型为 int。在这种情况下，编译器会生成一个针对 T 为 int 类型的具体函数实现。其效果就好比是将模板中的 T 替换为 int，然后使用 int 类型的函数来处理相应的逻辑。

4. 函数模板案例

案例描述：

  • 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序

  • 排序规则从大到小，排序算法为选择排序

  • 分别利用char数组和int数组进行测试

//交换的函数模板
template<typename T>
void mySwap(T &a, T&b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}template<typename T> // 也可以替换成class
//利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
void mySort(T arr[], int len)
{for (int i = 0; i < len; i++){int max = i; //最大数的下标for (int j = i + 1; j < len; j++){if (arr[max] < arr[j]){max = j;}}if (max != i) //如果最大数的下标不是i，交换两者{mySwap(arr[max], arr[i]);}}
}
template<typename T>
void printArray(T arr[], int len) {for (int i = 0; i < len; i++) {cout << arr[i] << " ";}cout << endl;
}
void test01()
{//测试char数组char charArr[] = "bdcfeagh";int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);mySort(charArr, num);printArray(charArr, num);
}void test02()
{//测试int数组int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);mySort(intArr, num);printArray(intArr, num);
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

5. 普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别：

  • 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）

  • 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换

  • 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

示例：

// 普通函数和函数模板的区别// 1、普通函数调用可以发生隐式类型转换
// 2、函数模板用 自动类型推导时，不可以发生隐式类型转换
// 3、函数模板用 显示指定类型时，  可以发生隐式类型转换// 普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{return a + b;
}// 模板函数
template<typename T>
T myAdd02(T a, T b)
{return a + b;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'c';cout << "普通函数：int a + int b = " << myAdd01(a, b) << endl;// 普通函数中，隐式的将c转成了ASSIC码，c-99cout << "普通函数：int a + char c = " << myAdd01(a, c) << endl;// 自动类型推导// 会报错，模板函数自动类型推导时，不会发生隐式类型转换// cout << "模板函数：int a + char c = " << myAdd02(a, c) << endl;// 显示指定类型cout << "模板函数：int a + char c = " << myAdd02<int>(a, c) << endl;
}int main()
{test01();
}

6. 普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下：

  1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数

  2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板

  3. 函数模板也可以发生重载

  4. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{cout << "调用的普通函数" << endl;
}template<typename T>
void myPrint(T a, T b) 
{ cout << "调用的模板" << endl;
}template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) 
{ cout << "调用重载的模板" << endl; 
}void test01()
{//1、如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数// 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的，但只是声明没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到int a = 10;int b = 20;myPrint(a, b); //调用普通函数//2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板myPrint<>(a, b); //调用函数模板//3、函数模板也可以发生重载int c = 30;myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板char c1 = 'a';char c2 = 'b';myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}int main() 
{test01();system("pause");return 0;
}

既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性。

7. 模板的局限性

例如：

template<class T>void f(T a, T b){ a = b;}

如果数据类型是int型，此时的赋值操作没问题。如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了。

再例如：

template<class T>void f(T a, T b){ if(a > b) { ... }}

如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行。

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

#include<iostream>
using namespace std;#include <string>class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}string m_Name;int m_Age;
};//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{if (a == b){return true;}else{return false;}
}//具体化，显示具体化的原型template<>开头，并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age){return true;}else{return false;}
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;//内置数据类型可以直接使用通用的函数模板bool ret = myCompare(a, b);if (ret){cout << "a == b " << endl;}else{cout << "a != b " << endl;}
}void test02()
{Person p1("Tom", 10);Person p2("Tom", 10);//自定义数据类型，不会调用普通的函数模板//可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型bool ret = myCompare(p1, p2);if (ret){cout << "p1 == p2 " << endl;}else{cout << "p1 != p2 " << endl;}
}int main() 
{test01();test02();system("pause");return 0;
}

在这个特定的例子中，通用的函数模板 myCompare 用于比较两个对象是否相等，但是当对象类型是 Person 类型时，我们想要做一些特殊的比较，比如比较 Person 类的 m_Name 和 m_Age 成员变量。为了实现这一目的，我们对通用模板进行了具体化。

具体化的语法是在 template<> 关键字后面指定特定的类型，这里是 Person，然后是模板的原型，即函数签名 bool myCompare(Person &p1, Person &p2)。在函数体中，我们以特定方式实现了 Person 类型对象的比较逻辑，即比较它们的名字和年龄。

当在代码中调用 myCompare 函数，并传递 Person 类型的参数时，编译器会优先选择这个具体化版本，而不是通用的模板版本。

总结：

  • 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化

  • 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

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